Геополитика формирует интерес к новым источникам энергии

Ставка на производство водорода и аммиака – один из способов трансформации страны в сверхдержаву чистой энергетики. Фото с сайта www.gazprom.ru

Проблемы зеленого перехода в мировой энергетике продолжают вызывать интерес со стороны деловых, правительственных и экспертных кругов многих государств. В большинстве прогнозов и аналитических докладов ведущих центров и информационных агентств мира (МЭА, ИРЕНА, Блумберг, S&P Global и др.) это объясняется прогнозируемым его влиянием – в значительной степени из-за климатической повестки – на экономический, технологический и геополитический переделы энергетической карты мира на глобальном и региональном уровнях. Многие российские и зарубежные эксперты отмечают, что в зеленом переходе ведущую роль будут играть экономические, экологические и коммерческие перспективы водородной отрасли. Ожидается некоторое замедление зеленого перехода из-за необходимости преодоления в ближайшие два-три года глобального энергетического кризиса, который может оказаться более серьезным по сравнению с кризисом 70-х годов прошлого века, что потребует ликвидировать дефицит традиционных невозобновляемых энергоресурсов в 2022–2024 годах. Тем не менее зеленый переход, в котором усиливаются водородные акценты, продолжает реализовываться, что будет оказывать серьезное влияние на систему международных экономических отношений в мире. Благодаря финансовой поддержке государства и бизнеса активно развиваются современные технологии всей цепочки водородной энергетики, формируются водородные рынки в условиях межтопливной конкуренции, а также командные центры управления водородной энергетикой на глобальном, региональном, страновом и корпоративном уровнях. Кроме того, активизируется международное научное сотрудничество в водородной отрасли и развиваются практические основы водородной дипломатии и геополитики.

Общие подходы (вместо введения)

В мировой экономике и особенно в энергетике в последние годы резко усилилось влияние геополитических факторов, которые доминируют, что оказывает негативное влияние на развитие всех секторов мирового ТЭКа, на перспективы зеленого перехода, в том числе водородную энергетику. Продолжает накапливаться конфликтный геополитический потенциал на глобальном и региональном уровнях, связанный с проблемами в отношениях «демократического» Запада с «недемократическим» миром, а также антироссийской санкционной истерией Запада. Это затрудняет функционирование экономических механизмов энергетических рынков в рамках межтопливной конкуренции. Свою отрицательную роль играют экономические последствия пандемии. В настоящее время наблюдается если не остановка зеленого перехода, то по крайней мере его замедление. Мир еще не до конца оправился от COVID-19 и его разрушительных последствий, но негативное влияние пандемии на экономику очевидно. Ради выживания человечества и предотвращения надвигающегося глобального энергетического кризиса, который может принести миру большие экономические и политические проблемы, необходимо активизировать международное энергетическое сотрудничество.

Среди основных причин, которые спровоцировали этот кризис, включая спад промышленного производства, можно отметить, помимо ковида, капризы погоды в 2020–2022 годы, а также зеленую революцию, которая затормозила развитие традиционной энергетики (закрытие угольных ТЭЦ и шахт, борьба с АЭС, дефицит инвестиций в нефтегазовую и угольную отрасли и т.д.). В то же время наблюдался рост спроса на электроэнергию, а ее предложение отстало, что и вызвало резкий рост цен на электричество, а также традиционные энергоресурсы.

Судя по многим оценкам, зеленый переход приостановился. Зеленая энергетика становится слишком дорогой, к тому же стали возникать экологические проблемы с самими ВИЭ. Многие страны быстро вернулись к ископаемому топливу (нефть, газ, уголь). Кроме того, рост цен на традиционные ресурсы ведет к росту цен на многие виды промышленной и сельскохозяйственной продукции. Поэтому в краткосрочном плане, помимо борьбы с изменением климата перед мировыми державами и лидерами стоит еще одна не менее важная глобальная задача – преодолеть энергетический кризис. В среднесрочном и долгосрочном плане очевидно, что зеленый переход в мировой энергетике будет продолжаться. Общим для многих прогнозов является то, что при сохранении определенной роли более экологичных традиционных энергетических ресурсов, умеренном развитии ВИЭ будет активно развиваться ядерная энергия, а также широко использоваться экологически чистый водород и связанные с ним химические элементы (аммиак и метанол) в качестве топлива, в первую очередь на транспорте, а также для надежного и экономичного сохранения энергии, ее транспортировки и пр. В статье рассмотрены место водорода в зеленом переходе, экономические особенности водородного топлива, формирование водородных рынков в условиях межтопливной конкуренции, а также экономические аспекты водородной дипломатии и геополитики.

Водородные акценты зеленого энергетического перехода

В последнее время тема зеленого перехода в мировой энергетике привлекает особое внимание деловых, правительственных и научных кругов многих стран, что связано с прогнозируемым его влиянием, в немалой степени из-за климатической повестки, на экономический, технологический и геополитический передел энергетической карты мира на глобальном и региональном уровнях. Эта тема постоянно поднимается на ведущих мировых форумах (саммиты G20, климатические саммиты по линии ООН, двусторонние контакты между лидерами ведущих энергетических государств, традиционные энергетические конференции и т.д.).

В ходе дискуссий о зеленом переходе выделяются разные темы: уменьшение выбросов СО2 и метана, восстановление лесов, свертывание наиболее вредных отраслей мировой энергетики, финансирование зеленых проектов, устойчивое развитие и энергетическая безопасность, климат и т.д. Началось формирование энергетической дипломатии зеленого перехода, которая предполагает взаимодействие по широкому кругу проблем между государствами, международными организациями, компаниями и научными центрами на глобальном и региональном уровнях. Важно обратить внимание, что в зеленой повестке усиливаются водородные акценты. Существенно растет объем инвестиций в развитие всех секторов водородной отрасли. Наблюдается активизация международного взаимодействия деловых кругов в рамках созданного в 2017 году Водородного совета (Брюссель), куда входят около 160 ведущих компаний мира (энергетика, транспорт, разные сферы промышленности, IT, банковской и инвестиционной деятельности) с капитализацией более 10 трлн долл. (по состоянию на начало 2022 года).

Будущее мировой водородной энергетики в большой степени зависит от эффективного освоения надежных и дружественных для окружающей среды источников, способных вырабатывать огромное количество электрической и тепловой энергии. Это связывают в первую очередь с широкомасштабным развитием ВИЭ, а также ядерной энергии с учетом повышенных требований к технологическим и экологическим стандартам энергетической безопасности. Формируются и развиваются институциональные структуры координации и регулирования водородной энергетики, в том числе в рамках национальных и международных программ и объединений. В последние годы заметно активизировалась деятельность правительственных и деловых кругов многих стран по реализации научных разработок практического использования возобновляемых и невозобновляемых источников энергии для производства и потребления универсального энергоносителя – водорода. В 2020–2021 годах были одобрены водородные стратегии ЕС, Германии, Нидерландов, США, КНР, Японии, Южной Кореи, Индии и других стран. В августе 2021 года правительством РФ утверждена Концепция развития водородной энергетики в Российской Федерации. В документе отмечается важность стратегии развития водородной энергетики на внутреннем и международном направлениях, а также намечены этапы и механизмы ее реализации.

Таблица ЦЭД

Формируются и быстро развиваются новые области в сфере экономики, политики, права и научных исследований: водородная экономика, водородная энергетика, водородный бизнес, водородные технологии, водородная торговля, водородные рынки, водородный маркетинг, водородная геополитика, водородное право, водородная цивилизация, водородная философия и т.д. Все чаще слышно про водородную дипломатию.

Наш предварительный анализ показывает, что усиление водородных аспектов мировой энергетики и политики может одновременно представлять угрозы, а также потенциальные возможности для российских экономических и геополитических интересов в международных отношениях. Что касается угроз, то это в первую очередь ожидаемое снижение спроса на российское ископаемое топливо (нефть, газ и уголь) на мировых рынках. Кроме того, это может ослабить геополитические позиции России в мировой энергетике. В то же время для России на водородном направлении открываются, на наш взгляд, очень хорошие перспективы, которые нужно грамотно использовать.

Экономические особенности водородного топлива

Сегодня ученые интересуются не только экономическими и экологическими вопросами жизнеспособности водородно-энергетической системы в планетарном масштабе, но также, по сути, философскими проблемами генезиса Вселенной. Так, в статье профессора Везироглу в международном журнале по водородной энергетике (IJHE, 2020, 45, issue 11, Jan. 21:6863–6873) рассматривается оригинальная водородная теория происхождения Вселенной – Спин-Топ Теория (Spin-Top Theory). По нашему мнению, эта теория более точно описывает возникновение Вселенной, чем теория Большого взрыва.

Эта теория основана на рассмотрении семени Вселенной, созданного из водорода (U-Seed). Со взрывом U-Seed, сделанного из водорода, водород и его продукты термоядерной реакции начинают распространяться и формировать растущий эллипсоид – центр Вселенной (U-Center). Затем в результате гравитационного притяжения небесные тела начинают двигаться к вселенскому центру (U-Center), чтобы реформировать U-Seed. Время этого расширения, периоды сокращения, границы Вселенной были вычислены с высокой точностью. Показано, что цикл Вселенной составляет около 148 млрд лет и он повторяется вечно.

Напомним также, что в таблице Менделеева водород (Н2) стоит на первом месте среди других химических элементов и является самым распространенным химическим элементом во Вселенной. На его долю приходится около 88,6% всех атомов. На сегодняшний день водород входит в тройку наиболее востребованных промышленностью газов (15%), уступая лишь кислороду (58%) и азоту (26%). Важно отметить, что водород (H2) не находится в свободной форме, его нужно выделить из таких молекул, как вода (Н2О) или метан (СН4). Следовательно, он не является источником энергии и должен производиться, затратив энергию, то есть, как и электричество, является энергоносителем, а не первичным источником энергии. В настоящее время водород все чаще рассматривается как ключевой компонент будущих энергетических систем, если его можно производить без выбросов углекислого газа.

Рис. 1.  Схема ЦЭД

Около половины годового производства чистого водорода используется для производства азотных удобрений с помощью процесса Габера, а около четверти – для преобразования низкосортной сырой нефти (особенно из битуминозных песков) в жидкое транспортное топливо.

Сегодня большая часть (~ 95– 97%) водорода производится путем парового риформинга природного газа или газификации угля с выбросами двуокиси углерода (СО2). Из произведенных в 2020 году около 100 млн т водорода 76% приходится на природный газ, а почти все остальное – на уголь. Этот способ дает около 10 кг СО2 на 1 кг водорода в случае его получения из водяного метана, и это количество удваивается при использовании технологии газификации угля.

Международное энергетическое агентство (МЭА) оценивает, что мировое производство водорода в 2020 году привело к выбросу около 900 млн т СО2, что эквивалентно 2,2% выбросов, связанных с энергетикой.

Выбор наиболее приемлемого способа производства водорода зависит от различных факторов, в том числе: а) наличия энергетических ресурсов, таких как вода, природный газ и уголь; б) стоимости производства энергии; в) мощности производства энергии; г) оценки воздействия на окружающую среду в процессе производства.

На ежегодное мировое производство водорода расходуется около 205 млрд куб. м природного газа (6% мирового потребления природного газа) и 107 млн т угля (2% мирового использования угля), причем использование угля сосредоточено в Китае.

В связи с растущей осведомленностью мировой общественности о глобальном потеплении в развитых странах появилась заинтересованность в переходе на технологии производства водорода, которые помогают сократить выбросы парниковых газов,то есть с помощью электролиза, термического расщепления воды или схемы улавливания углерода при использовании установок по переработке ископаемого топлива.

На долю электролиза в настоящее время приходится, по разным оценкам, от 2 до 5% мирового производства водорода, но электролиз имеет значительные преимущества при использовании возобновляемой или ядерной энергии.

Быстро растущий спрос на водород со стороны нефтеперерабатывающих и химических заводов способствует развитию технологий с низкими затратами. Даже ограниченное количество сетей водородных трубопроводов позволяет производителям транспортировать водород потребителям на небольшое расстояние. Прогнозируемый рост международной торговли водородом предполагает развитие широкомасштабной транспортной инфраструктуры.

По данным МЭА, в 2020 году потребность в чистом водороде составляла более 90 млн т (Мт), из которых 38,2 Мт было использовано на переработку нефти и 31,5 Мт – на производство аммиака. Потребность в водороде, смешанном с другими газами, такими как оксид углерода, составила еще 42 млн т. Из них 12 млн было использовано на производство метанола и 4 млн – на производство железа прямого восстановления (DRI).

Общее потребление водорода в 2020 году составило около 115 Мт. В отчете МЭА «Чистый ноль к 2050 году», опубликованном в мае 2021 года, прогнозируется годовой спрос на водород: чуть более 200 млн т в 2030 году и 530 млн т в 2050-м. Доля низкоуглеродной энергии для производства водорода возрастет до 70% в 2030 году и примерно до 90% в 2050 году – как от электролизеров, так и от газа с CCS. На транспорте водород может обеспечить одну треть топлива для грузовиков и 60% этого топлива в той или иной форме для судоходства. По данным Водородного совета (сентябрь 2022 года), к 2040 году спрос на водород в мире составит около 400 млн т, а к 2050-му – около 660 млн т. При этом будет расти экспорт водорода, который, по оценкам Водородного совета, к 2050 году составит около 400 млн т, а 250–260 млн т будет использоваться для нужд стран – производитетелей водорода.

В настоящее время часть водорода, производимого для топлива, преобразуется в аммиак (производная водорода) в качестве энергоемкого носителя для транспортировки, долгосрочного хранения энергии, для использования в двигателях.

Рис. 2.  Схема ЦЭД

К 2050 году транспорт будет составлять наибольший спрос на водород, что отражает прогнозируемый перевод части парка тяжелых и легковых автомобилей, других транспортных средств с углеводородного топлива на водород, в том числе на водородные топливные элементы (FCEV). Отопление зданий станет следующим по величине спросом, заменив природный газ. Железные дороги могут заменить дизельное топливо водородом.

Авторы сравнили оценки различных агентств и консалтинговых фирм по затратам на производство водорода без учета выбросов двуокиси углерода. Не вдаваясь в детали, можно отметить, что смета расходов на 2019–2021 годы (без учета выбросов СО2) колебалась от 1,5 евро/кг для «серого» водорода, 2,5 евро – «синего» и 5–6 евро – «зеленого» водорода. При это отмечается тенденция снижения затрат на производство водорода по мере совершенствования соответствующих технологий.

Будущее водородной энергетики связано с внедрением гибридных энергосистем для производства водорода, а также его с перспективами в области хранения энергии. Подробно эти проблемы были рассмотрены в наших статьях в «НГ-Энергия»: «Будущее за гибридными энергосистемами» от 13.12.21, «Варианты использования вторичных возобновляемых источников энергии» от 07.09.20, «Грядет ли «революция» в области хранения энергии?» от 26.06.21. В этих статьях были сделаны оценки экологических и экономических преимуществ гибридных энергосистем, совмещающих технологии ядерной и возобновляемой энергетики для производства водорода, что может быть эффективно для низкоуглеродной энергетики в планетарном масштабе.

Формирование водородных рынков в условиях межтопливной конкуренции

Для финансирования зеленого перехода потребуются огромные инвестиции. Мы попробовали рассмотреть некоторые прогнозы на период до 2050 года. На наш взгляд, в исследовании «Сколько нужно инвестиций для достижения безуглеродной экомики (net-zero)» авторы корректно сравнили прогнозы МЭА, ИРЕНА и агентства «Блумберг», в соответствии с которыми начиная с 2022-го до 2050 года ежегодно потребуется от 3,5 трлн до 5,5 трлн долл. из государственных и частных источников для достижения целей net-zero. То есть в итоге это может составить от 110 трлн до 160 трлн долл. Интересно отметить, что по итогам дискуссий престижного международного энергетического бизнес-форума в Хьюстоне (7–11 марта 2022 года) CERAWeek 2022 были озвучены приблизительные расходы на энергетическую часть зеленого перехода, которые на период до 2050 года могут составить от 70 трлн до 80 трлн долл. При этом участники финансовой секции форума в Хьюстоне отмечали, что значительная часть этих средств может быть выделена на развитие водородной энергетики, хотя в ближайшие годы много средств может быть выделено на решение проблем дефицита традиционных ресурсов.

Некоторые оценки финансовых аспектов зеленой энергетики были нами представлены в статье «Особенности финансирования зеленой и традиционной энергетики» в «НГ-Энергии» от 13.09.21. В настоящее время в мире и России развиваются рынки, связанные с водородной экономикой и энергетикой. К ним относятся: рынки производства водородного сырья; рынки услуг по транспортировке и хранению водородного сырья; рынки использования водородного сырья в различных секторах экономики; рынки соответствующих водородных технологий, производства оборудования и его обслуживания.

Отдельно целесообразно выделить начальный этап формирования рынков водородного топлива, в первую очередь в транспортном секторе, и соответствующего оборудования, от развития которых в немалой степени будут зависеть экономические перспективы водородной энергетики. В табл. 1 представлены краткие авторские характеристики формирующихся водородных рынков.

Изобилие предложений на рынке различных видов энергоносителей создает естественную конкуренцию между ними. Основой этой конкуренции является, с одной стороны, конечная выгода и возможность использования различных энергоносителей, а с другой – это затраты на строительство соответствующих генерирующих мощностей, добычу для отдельных видов энергоносителей, на производство, хранение (где необходимо), доставку конечному потребителю, а также налоги, акцизы и другие сопутствующие платежи и расходы. Некоторые особенности межтопливной конкуренции, в том числе с участием водорода, были рассмотрены нами в статье «Новый этап конкуренции энергоносителей» («НГ-Энергия» от 8.06.20).

При сравнении расходов на внедрение и использование различных источников энергии нередко можно столкнуться с противоречащими друг другу выводами и результатами. В большинстве случаев это происходит из-за применения различающихся методов измерений параметров и учета данных. На рис. 1 представлена обобщенная модель влияния разных факторов на межтопливную конкуренцию.

Экономические аспекты водородной дипломатии и геополитики

В последнее время тема зеленого перехода, в котором приоритетное место занимает водородная энергетика, в мировой экономике привлекает особое внимание деловых, правительственных и научных кругов многих стран, что связано с вероятным его влиянием на существенную перекройку энергетической карты мира. Очевидно, что это окажет реальное воздействие на систему международных экономических отношений на глобальном и региональном уровнях. В этой связи начали формироваться различные институциональные основы развития водородной энергетики. Ниже представлена схематическая модель формирующейся системы командных центров управления водородной энергетикой.

Все чаще слышно про водородную дипломатию как средство продвижения экспорта и привлечения зарубежных инвестиций (например, Программа водородной дипломатии Чили). В Нидерландах учрежден пост посла по водороду, который занимает известный эксперт в области энергетической дипломатии Ноэл ван Хулст. 25 января 2021 года в Брюсселе в рамках «зеленой сделки – 2050» была принята программа ЕС развития климатической политики и энергетической дипломатии, в которой важное внимание уделено водородной энергетике. Большое внимание практической водородной дипломатии уделяет Германия: в ее МИДе формируется специальная структура, которая, в частности, совместно с немецким бизнесом планирует создать специальные бюро по сотрудничеству в области водородной энергетики в ряде стран. По нашему мнению, под термином «водородная дипломатия» можно понимать деятельность правительств при взаимодействии с бизнесом по продвижению национальных экономических и геополитических интересов в международных отношениях, связанных с развитием водородной экономики, а также водородной энергетики. Важность водородной дипломатии обусловлена необходимостью развивать конструктивное взаимодействие в этой сфере на основе баланса интересов, исходя из наличия существенного конфликтного потенциала не только в рамках межтопливной конкуренции, но также из-за геополитической нестабильности в мире.

Наш предварительный анализ показывает, что усиление водородных аспектов мировой энергетики и политики может одновременно представлять угрозы, а также потенциальные возможности для российских экономических и геополитических интересов в международных отношениях. Что касается угроз, то это в первую очередь ожидаемое снижение спроса на российское ископаемое топливо (нефть, газ и уголь) на мировых рынках. Кроме того, это может ослабить геополитические позиции России в мировой энергетике. В то же время для России на водородном направлении открываются, на наш взгляд, очень хорошие перспективы, которые нужно грамотно использовать. Экономические перспективы развития зеленого перехода мировой экономики, важной частью которой является водородная энергетика, привели к практическому формированию новых направлений энергетической дипломатии и геополитики (водородная дипломатия и водородная геополитика).

Можно отметить несколько геополитических аспектов водородной энергетики. Прежде всего очевидным является то, что те страны, которые освоят разработку и промышленное применение технологий в сфере водородной энергетики, получат не только экономическое, но и геополитическое преимущество перед своими конкурентами, которое может быть сравнимо с обладанием большими запасами ископаемого топлива. Кроме того, это позволит экспортировать соответствующие технологии на мировые рынки. Если касаться ситуации с поставками водорода, водородных топливных элементов, аммиака и других производных водорода на рынки стран ЕС, то важно отметить следующие вопросы. Развитие соответствующей инфраструктуры в странах Северной Африки для этих целей может столкнуться с серьезными политическими рисками с учетом политической нестабильности в регионе и угрозы дальнейшего роста числа мигрантов в странах ЕС. В этом плане развитие сотрудничества с РФ может оказаться более привлекательным для ЕС, если не сейчас, то в перспективе.

Кратко касаясь экономических аспектов водородной геополитики, можно отметить, что одним из способов, с помощью которых страна может стать сверхдержавой чистой энергетики, является производство и экспорт низкоуглеродного топлива. Эти виды топлива, особенно водород и аммиак, будут иметь решающее значение для перехода к миру с нулевым уровнем выбросов, с учетом их потенциальной роли в обезуглероживании трудноэлектрифицируемых секторов, таких как производство стали, заправка грузовиков, судов и других тяжелых транспортных средств и балансировка сетей, снабжаемых в основном возобновляемыми источниками энергии, которые могут испытывать периодические сбои. Интересно, что некоторые из углеводородных государств, которым угрожает отказ от ископаемого топлива, могут превратиться в «водородные государства». В частности, Австралия может стать глобальным поставщиком «зеленого» водорода с учетом того, что сейчас более 120 проектов и 30 водородных зон находятся в разработке. Водородную нишу хотят занять также Саудовская Аравия, Норвегия, Катар и другие экспортеры углеводородов.

Если в итоге сложится хорошо обеспеченный и диверсифицированный рынок водорода и аммиака, разрыв в одном месте может быть компенсирован поставками из другого, во многом как в случае с нефтью сегодня. Это может ограничить геополитическое влияние традиционных поставщиков. Наконец, зеленый переход неизбежно изменит отношения России с другими крупными державами. Россия сильно зависит от экспорта нефти и газа, и в долгосрочной перспективе переход на экологически чистую энергию создаст значительные риски для ее экономического и политического влияния. Поэтому руководство страны уделяет большое внимание развитию водородной и ядерной энергетики, а также новым способам хранения энергии, исходя не только из экономических, но и геополитических интересов.

Заключение

1. В то время как большинство исследований в области водорода сосредоточено на технических и стоимостных препятствиях на пути к полномасштабной водородной экономике, мало внимания уделяется геополитическим факторам, которые в настоящее время доминируют и оказывают существенное влияние на мировую финансово-экономическую систему, в том числе на развитие водородной энергетики, включая формирование международных водородных рынков и научно-технического сотрудничества.

2. Очевидно, что новые технологии и инфраструктуры, которые должны составить основы будущей водородной энергетики, могут принимать совершенно разные формы, а их развитие является предметом не только межтопливной конкуренции между компаниями и странами, но также геополитического соперничества.

3. Со временем международная торговля водородом может кардинально изменить географию мировой торговли энергоносителями, создать новые группы экспортеров энергии, которые будут отличаться от сложившихся групп в настоящее время.

4. Международное управление и инвестиции для расширения производственно-сбытовых цепочек по водороду могут снизить риск фрагментации рынка, снижения углеродного следа в рамках развития водородной энергетики и привести к нахождению баланса интересов ввиду ожидаемого усиления геоэкономического соперничества в том числе в водородной отрасли.

5. Формирование ядерно-водородной совместно с ВИЭ энергетической системы предполагает развитие международного сотрудничества академических и деловых кругов заинтересованных стран, что возможно только в условиях смягчения геополитической турбулентности, особенно в отношениях между Россией и США. Очевидно, что для успешного завершения формирования такой системы на глобальном и региональном уровнях потребуется преодоление потенциальных конфликтов экономических и геополитических интересов в условиях межтопливной конкуренции, что предполагает развитие водородной дипломатии в различных форматах.